精鑄鋼件加工過程中缺陷的磁粉檢測

楊書勤，張軍紅，陳俊文，張家瑞

（陜西飛機工業（集團）有限公司，漢中 723215）

鑄件成型后經過多道機械加工及熱處理工序才能成為半成品或成品。除了鑄件成型后毛坯件和原材料自帶的缺陷外，在后續的加工工序中仍會產生缺陷。

為解決這一問題，提高產品的合格率及減少生產成本、降低工時損耗，筆者以批量的精鑄件“口蓋鎖托板螺母”為例（如圖1所示），通過磁粉檢測，及時跟蹤這批螺母在機械加工及熱處理過程中發現缺陷的螺母數量，以及產生缺陷的部位和性質，通過統計數據和分析螺母缺陷的產生原因，為后續的加工工藝改進提供參考。

圖1 口蓋鎖托板螺母

1 零件加工工序及磁粉檢測

1.1 零件加工工序安排

口蓋鎖托板螺母的原材料35CrMnSiA 為鐵磁性材料，適合磁粉檢測。

在鑄造成型后，經過加工發現的缺陷主要是裂紋、氣孔等。正常情況下，零件只在最終成品前安排一次磁粉檢測，為了研究熱處理及機械加工對零件產生的影響及跟蹤可能對零件造成缺陷的工序，筆者在工序過程中安排了四次磁粉檢測，試驗的工序安排為：（1）檢查零件；（2）磁粉檢測；（3）分光；（4）車工；（5）鉗工；（6）清洗；（7）磁粉檢測；（8）半成品檢驗；（9）熱處理；（10）磁粉檢測；（11）鉗工；（12）車工；（13）鉗工；（14）磁粉檢測；（15）鍍鎘鈍化；（16）成品檢驗。

檢測的鑄件共1299件分為7個批次進行磁粉檢測。

1.2 磁粉檢測

磁粉檢測［1］對于檢測鐵磁性鑄件具有較高靈敏度，特別是表面微小裂紋。

因為該批口蓋鎖托板螺母鑄件較小，形狀適合用中心導體檢測法，使用交流電進行周向磁化，電流強度為700A。根據零件材料的性質，選用熒光磁粉檢測法。根據剩磁大小選擇連續法［2］與剩磁法，原則上選用的是連續法，檢測設備為交直流2000型熒光磁粉探傷機，如圖2所示。

圖2 中心導體法磁粉檢測設備

2 磁粉檢測與熱處理

2.1 磁粉檢測

磁粉檢測共進行四次，第2號工序磁粉檢測是在鑄件目視檢查后進行，主要針對成型毛坯件的鑄件缺陷進行檢測，如表面微小裂紋、氣孔、疏松等缺陷；第7號工序磁粉檢測是在車工與鉗工后，檢查零件因機械加工產生的裂紋缺陷；第10號工序磁粉檢測是在熱處理后，檢查熱處理過程中造成的缺陷；第14號工序磁粉檢測是最后一道磁粉檢測工序，檢查最終因機械加工造成零件產生的缺陷。

2.2 熱處理

熱處理［3］包括退火、正火、淬火、回火等。退火后的零件是毛坯件，退火目的是降低材料硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工，此處熱處理退火是為了有利于后面的車工和鉗工。

第9號工序熱處理工序為淬火—清洗—回火—鈍化—干燥：①加熱時淬火溫度為890℃，時間為7～10min，淬火介質為硝鹽，冷卻時溫度為200～250℃，時間為30～60min。②清洗干凈。③回火時加熱溫度不大于520℃，時間為90～120 min，回火介質為水，冷卻時溫度為不小于60℃。④鈍化過程中保持室溫狀態，時間為1～2min。⑤干燥過程保持溫度100～150℃，進行烘干。

淬火是為了獲得馬氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性；隨后進行回火的目的是減小或消除淬火的內應力，以防止工件變形或開裂；通過適當的回火可消除淬火鋼的脆性，改善塑性和韌性，適當調整鋼的強度和硬度，從而獲得所需要的綜合性能；回火處理可使淬火后不穩定的組織趨于穩定，從而穩定鑄件的組織。

3 檢測結果與分析

7批鑄件的磁粉檢測結果如表1所示。

表1 磁粉檢測結果

從表1分析：主要是10號工序磁粉檢測（熱處理后）與14號工序磁粉檢測（熱處理后的機械加工）所檢測出來的缺陷零件較多，主要缺陷為裂紋，如圖3所示。

圖3 熒光磁粉檢測顯示的裂紋缺陷

從裂紋缺陷產生的位置來看，主要集中在零件邊緣與凹槽應力集中處，分析有3 個方面的原因：①與零件熱處理（淬火）有關，零件淬火后存在內應力，在常溫下應力會釋放而產生裂紋。②與零件機加工有關，零件經過車工和鉗工后，表面和內部材料的不均勻性會暴露出來造成裂紋。③零件經過熱處理后磁粉檢測未出現裂紋，隨后經過機械加工，裂紋出來了。這涉及到熱處理后的時效性，即經過一定的時間后，零件內部應力釋放，使得機械加工后，裂紋顯現出來了。

針對第2批與第6批零件的第1 0道工序檢測中出現的大量的缺陷零件，分析原因為主要與其熱處理工藝有關：①零件在爐里的位置。②爐里的溫度不均勻。

根據最終結果統計，零件總成品率為67%，必須對制造及加工工藝進行改進。根據檢測結果分析，不排除環境原因與檢測人員的個人因素所造成的漏檢。

4 結論

對鑄造零件毛坯成型的后續加工進行了跟蹤，對可能產生零件缺陷的工序進行了工序后的磁粉檢測。經過數據統計及分析，鑄造零件經加工后的成品率不高，主要原因是熱處理工藝及延時裂紋的時效性問題。在機加工中也存在少數的缺陷零件，涉及到鑄件本身的材料組織問題，結果對日后加工工藝的改進提供了一個參考。

［1］國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材編審委員會編.磁粉檢測［M］.北京：機械工業出版社，2004：－4.

［2］任吉林，林俊明.電磁無損檢測［M］.北京：科學出版社，2004：75－282.

［3］丁仁亮.金屬材料及熱處理［M］.北京：機械工業出版社，2004：2－71.